(57)【要約】【課題】  従来の冷媒レヒート方式に比べて、冷媒回路はシンプルで、その設置スペースも不要で、コスト面、および風路圧損によるファンモータへの負荷、消費電力においても優位な冷却装置を得る。【解決手段】  発熱体を含む機器を収納した収納箱筺体内を年間を通じて冷却する圧縮機１、蒸発側熱交換器４、凝縮側熱交換器２、送風機５、６などの構成要素部品が一体的に収納された一体型冷却装置Ａにおいて、凝縮側熱交換器２の風路１次側に設けられ、空気の吸気口を室内側からと室外側からとに切り替え可能な吸い込み風路切替ダンパ１１と、凝縮側熱交換器２の風路２次側に設けられ、空気の排気口を室外側へと室内側へとに切り替え可能な吹き出し風路切替ダンパ１２とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱体を含む機器を収納した収納箱筺体内を年間を通じて冷却する圧縮機、蒸発側熱交換器、凝縮側熱交換器、送風機などの構成要素部品が一体的に収納された一体型冷却装置において、
凝縮側熱交換器の風路１次側に設けられ、空気の吸気口を室内側からと室外側からとに切り替え可能な吸い込み風路切替ダンパと、
凝縮側熱交換器の風路２次側に設けられ、空気の排気口を室外側へと室内側へとに切り替え可能な吹き出し風路切替ダンパと、
を備えたことを特徴とする冷却装置。
【請求項２】
発熱体を含む機器を収納した収納箱筺体内を年間を通じて冷却する圧縮機、蒸発側熱交換器、凝縮側熱交換器、送風機などの構成要素部品が一体的に収納された一体型冷却装置において、
凝縮側熱交換器の風路１次側に設けられ、空気の吸気口を室内側からと室外側からとに切り替え可能な吸い込み風路切替ダンパと、
凝縮側熱交換器の風路２次側に設けられ、空気の排気口を室外側へと室内側へとに切り替え可能な吹き出し風路切替ダンパと、
室内の冷却を主目的とした通常運転モードと室内の除湿を主目的とした除湿運転モードを判定する運転モード判定手段とを備え、
前記運転モード判定手段が除湿運転モードとなったとき、前記吸い込み風路切替ダンパと吹き出し風路切替ダンパを切り替えることにより、室内に凝縮によって発生した排熱を送り込むことを特徴とする冷却装置。
【請求項３】
吸い込み風路切替ダンパおよび吹き出し風路切替ダンパの開度をそれぞれ段階的に切り替えるダンパモータを備え、前記吸い込み風路切替ダンパと吹き出し風路切替ダンパのそれぞれの開度を段階的に制御することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の冷却装置。
【請求項４】
吸い込み風路切替ダンパおよび吹き出し風路切替ダンパの開度をそれぞれ段階的に切り替えるダンパモータと、室温を検出する室温検出手段と、室内の相対湿度を検出する相対湿度検出手段とを備え、あらかじめ設定された室温と室内相対湿度に実際の室温と相対湿度がある閾値の間に入るように前記吸い込み風路切替ダンパと吹き出し風路切替ダンパのの開度を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、冷却装置に関するものであり、特に基板などの顕熱発熱体を内蔵した発熱機器を収納した収納箱筺体内を冷却するような一体型の冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来の冷却装置における除湿運転モード中の室温低下防止のための冷媒レヒート式冷媒回路図である。
図６において、圧縮機１、凝縮側熱交換器２、絞り装置３、蒸発側熱交換器４、レヒート用凝縮側熱交換器２０、レヒート用絞り装置２１によって冷媒回路が構成されており、さらに凝縮側ファン５、蒸発側ファン６が備えられている。
【０００３】
図７〜図１０は、従来の冷却装置における室内の空気状態イメージ図である。横軸は、空気の乾球温度で、室温を示しており、右上がりの曲線は空気の飽和温度曲線を示している。
ここで、冷却装置の冷却能力は、
全熱能力＝顕熱能力＋潜熱能力
で表され、概念的に顕熱能力は空気の乾球温度を低下させる冷却能力、潜熱能力は湿球温度を低下させる冷却能力と言える。
また、顕熱能力は下式で表される。
Ｑ＝６０・Ｖａ・Ｃｐ／ｖ・ΔＴ／８６０
Ｑ；冷却能力
Ｖａ；風量
Ｃｐ；排気空気の比熱
ΔＴ；吸気温度−排気温度
すなわち、冷却装置の風量が一定の場合、ΔＴに冷却能力は比例関係にあり、このΔＴが、室内の熱負荷容量と見合った時に、室温が安定する。
Ｑ∝ΔＴ
図７より、除湿の不要な通常時には、蒸発側熱交換器４の蒸発温度を室内からの吸気温度（室温）の露点温度と同温となるように圧縮機１の運転容量、あるいは絞り装置３を制御して、室内の熱負荷（ΔＴ）に見合う排気温度となるようにする。この状態で、室温が安定する。この時、外乱としての室内への湿度供給はなく（潜熱能力＝０）、全熱能力＝顕熱能力の関係にあるとする。
この状態から、図８のように外乱として湿気が室内に供給され、室内の絶対湿度が上昇した場合、蒸発側熱交換器４の蒸発温度が図７と同温の場合、潜熱能力が発生し、ある程度の除湿は行うが、それ以上の外乱湿度が供給された場合、室内の湿度は上昇し続けることになる。
そこで、図９に示すように外乱湿度に対しての除湿要求があった場合に、圧縮機１の運転容量、あるいは絞り装置３を制御して、蒸発側熱交換器４の蒸発温度を低下（図中×印１→２）させ、外乱湿度に見合うだけの潜熱能力を増加させる。その際、冷却装置からの排気温度も低下してしまい、顕熱能力としては過剰となり、その結果、室内負荷容量＜顕熱能力となって、吸気温度（室温）が低下していくことになる（○印３→６）。
図１０に示すように、この過剰な顕熱能力分をキャンセルして、室温の低下を抑制するために、レヒート回路による加温が行われる（図中○印３→４）。
【０００４】
図６より、圧縮機１から吐出された高温高圧のガスを圧縮機１と凝縮側熱交換器２の間からレヒート用凝縮側熱交換器２０へレヒート用絞り装置２１を開くことでバイパスさせ、高温高圧のガス冷媒は、蒸発側熱交換器４を通過して過剰に冷却された室内空気によって冷却されることで、低温高圧の液冷媒に凝縮される。凝縮された液冷媒は、レヒート用絞り装置２１を介して、低圧低温のガス液二相冷媒となり、蒸発側熱交換器４へと供給される。一方、空気の状態では、蒸発側熱交換器４を通過して過剰に冷却された室内空気は、レヒート用凝縮側熱交換器２０から冷媒の凝縮排熱によって、加温される。
【０００５】
また、他の従来技術として、夏季及び除湿期における再熱のためのエネルギー量を省くために冷却装置に供給する空気の湿分を除去する除湿器を備え、この除湿器は、再生側の熱源として廃熱を利用し、再生側の加熱エネルギーの省エネルギー化を図ったものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。    
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−１４１７０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の冷却装置では、室温を過剰に冷却することなしに除湿を行うことを目的としたものであるが、除湿後の加温にレヒート方式を用いる際に、冷媒回路上にレヒート用の熱交換器や、その熱交換器への接続配管やレヒート用絞り装置などが必要であり、その設置スペース、コストアップ、風路圧損によるファンモータへの負荷増大、消費電力の増加など多くの課題があった。
また、特許文献１記載のものは、冷却装置とは別に再生側の熱源として廃熱を利用した除湿器を備えたものであるので、設置スペースの増大や、大幅なコストアップなどの課題があった。
【０００８】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、従来の冷媒レヒート方式に比べて、冷媒回路はシンプルで、その設置スペースも不要であり、レヒート用の熱交換器も不要なため、コスト面、および風路圧損によるファンモータへの負荷、消費電力においても優位な冷却装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る冷却装置は、発熱体を含む機器を収納した収納箱筺体内を年間を通じて冷却する圧縮機、蒸発側熱交換器、凝縮側熱交換器、送風機などの構成要素部品が一体的に収納された一体型冷却装置において、凝縮側熱交換器の風路１次側に設けられ、空気の吸気口を室内側からと室外側からとに切り替え可能な吸い込み風路切替ダンパと、凝縮側熱交換器の風路２次側に設けられ、空気の排気口を室外側へと室内側へとに切り替え可能な吹き出し風路切替ダンパとを備えたものである。
【００１０】
また、吸い込み風路切替ダンパおよび吹き出し風路切替ダンパの開度を段階的に切り替えるダンパモータを備え、吸い込み風路切替ダンパと吹き出し風路切替ダンパのそれぞれの開度を段階的に制御するものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明は、凝縮側熱交換器の排熱を室内に供給できる風路切替ダンパを設けることで、排熱を利用したレヒートにより除湿モード中の室温低下を抑制することができ、従来の冷媒レヒート方式に比べて、冷媒回路はシンプルで、その設置スペースも不要で、冷媒によるレヒートではないので、冷却能力のロスも少ない。また、レヒート用の熱交換器も不要なため、コスト面、および風路圧損によるファンモータへの負荷、消費電力においても優位となる。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における冷却装置のダンパ非切替時の状態を示す風路構成図である。
まず、図１により、ダンパ非切替時の風路構成について説明をする。
ここでは、簡易的に吸気側で１個、排気側で１個の計２個の風路切替ダンパを使用した場合について説明するが、風路切替ダンパの数は、２個以上でもよく、凝縮側熱交換器の排熱が室内に供給できるという効果が得られればよい。
凝縮側熱交換器２、凝縮側ファン５、蒸発側熱交換器４、蒸発側ファン６、第１のダンパである吸い込み風路切替ダンパ１１、第２のダンパである吹き出し風路切替ダンパ１２、第１のダンパモータ１３、第２のダンパモータ１４とで風路を構成し、全て一体型の冷却装置Ａ内に収納されている。
負荷側となる基板などの顕熱発熱体を内蔵した発熱機器を収納した収納箱筺体壁面Ｂに室内吸気口１５と、室内低温排気口１６とを開口させ、その壁面Ｂにここでの一体型冷却装置Ａを据え付けて、収納箱筐体の室内を冷却するものである。
【００１３】
一体型冷却装置Ａの非据え付け面に設けられた熱源となる室外空気を吸入するための室外吸気口１７から、室外空気を吸入し、その下流側に凝縮側熱交換器２、凝縮側ファン５が位置し、さらにその下流側（凝縮側熱交換器２の風路２次側）には、吹き出し風路切替ダンパ１２が位置し、最後にその下流側には凝縮側熱交換器２からの高温排熱を室外へ排気するための冷却装置Ａの非据え付け面（上面）に設けられた室外高温排気口１８と、室内へ排気するための冷却装置据え付け面に設けられた室内高温排気口１９が設けられている。ここで、吹き出し風路切替ダンパ１２は、第２のダンパモータ１４を軸に回転して、室外への排気と室内への排気を両方可能にするような位置に取付けられており、ダンパ非切替時は、図１に示すように、室外高温排気口１８を開口し、室内高温排気口１９を塞ぐ向きに回転している。  
また、一体型冷却装置Ａの据え付け面に設けられた室内空気を吸入するための室内吸気口１５から、室内空気を吸入し、その下流側でかつ凝縮側熱交換器２の風路１次側に吸い込み風路切替ダンパ１１が位置し、さらにその下流側に蒸発側熱交換器４、蒸発側ファン６が位置し、最後にその下流側には、蒸発側熱交換器４からの低温空気を排気するために冷却装置の据え付け面に設けられた室内低温排気口１６が設けられている。ここで、吸い込み風路切替ダンパ１１は、第１のダンパモータ１３を軸に回転して、室外吸気口１７からの吸気と室内吸気口１５からの吸気を両方可能にするような位置に取付けられており、ダンパ非切替時は、図１に示すように、室内吸気口１５を塞ぎ、室外吸気口１７を開口する向きに回転している。
【００１４】
次に、冷媒回路と冷媒の流れについて説明をする。図３は、この発明の実施の形態１における冷却装置の冷媒回路図である。
図３において、圧縮機１、凝縮側熱交換器２、絞り装置３、蒸発側熱交換器４によって冷媒回路が構成されており、以上全ての部品を一つの筐体内に収納して一体型の冷却装置を構成している。図６に示す従来の冷媒回路図に比べて、レヒート回路用の冷媒回路部品２０、２１が無いことが特徴である。まず、図３にて冷媒の流れを説明する。
冷媒回路における圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒は、凝縮側熱交換器２へ流入し、凝縮側熱交換器２内で室外空気と熱交換することにより、高温高圧ガスから高温高圧の液の状態となる。その高温高圧の液は、絞り装置３に流入し、絞り機能により体積膨張し、低圧低温のニ相冷媒となり、蒸発側熱交換器４へ流入する。ここで蒸発側熱交換器４内の冷媒は、比較的温度の高い室内空気と熱交換することにより、蒸発側熱交換器４内で低圧低温のガスとなり、圧縮機１に戻る。
【００１５】
次に、ダンパ非切替時の空気の流れを図１により説明する。
ダンパ非切替時には、吹き出し風路切替ダンパ１２は、室外高温排気口１８を開口し、室内高温排気口１９を塞ぐ向きに回転している。また、吸い込み風路切替ダンパ１１は、室内吸気口１５を塞ぎ、室外吸気口１７を開口する向きに回転している。
従って、室外吸気口１７から吸気された室外空気は、高温の前記凝縮側熱交換器２と熱交換することにより、室外空気温度よりも高温の空気が室外高温排気口１８より、排気される。また、室内吸気口１５より給気された室内空気は、低温の前記蒸発側熱交換器４と熱交換することにより、室内空気温度よりも低温の空気が低温排気口１６より排気される。
【００１６】
次に、ダンパ切替時における空気の流れを図２により説明する。
図２は、この発明の実施の形態１における冷却装置のダンパ切替時の状態を示す風路構成図である。
吹き出し風路切替ダンパ１２は、第２のダンパモータ１４を軸に、室外高温排気口１８を塞ぎ、室内高温排気口１９を開口する向きに回転することで、室外排気から室内排気へと切り替える。
また、吸い込み風路切替ダンパ１１は、第１のダンパモータ１３を軸に、室外吸気口１７を塞ぎ、室内吸気からの室内空気を凝縮側熱交換器２へも吸気する向きに回転することで、室外吸気口１７から凝縮側熱交換器２への空気の流れを、室内吸気口１５から凝縮側熱交換器２への空気の流れと切り替える。
つまり、吸い込み風路切替ダンパ１１、および吹き出し風路切替ダンパ１２の切替により、室内への高温排気が可能となり、加温のための冷媒回路部品が省略できるものである。
【００１７】
最後に、この発明の室内空気の状態変化について、図７〜図１０の従来の冷却装置における室内の空気状態イメージ図を用いて説明する。
室内空気の状態変化については、従来の技術で述べた内容と同様であり、図１０に示す除湿時における過剰な顕熱能力分をキャンセルして、室温の低下を抑制するために、冷媒回路上での従来のレヒート回路による加温（図中○印３→４の加温）を、凝縮側熱交換器２の排熱を空気側でレヒート加温したことのみが異なる。これにより、加温のためのレヒート用冷媒回路部品を無くすことができる。
【００１８】
実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２における冷却装置のダンパ段階的切替時の風路構成図である。
風路構成、冷媒回路構成、および冷媒の流れは、前記実施の形態１と同様であり、吸い込み風路切替ダンパ１１、および吹き出し風路切替ダンパ１２の切替開度を段階的に切り替えることのできる第１のダンパモータ１３、および第２のダンパモータ１４を具備したことが異なるだけである。
【００１９】
ダンパ非切替時における吸い込み風路切替ダンパ１１、及び吹き出し風路切替ダンパ１２の動作、およびその時の空気の流れは、前記実施の形態１と同様であるため、説明は省略する。
【００２０】
次に、ダンパ段階的切替時の空気の流れについて説明する。
吹き出し風路切替ダンパ１２は、第２のダンパモータ１４を軸に、室内高温排気口１９を少し開口する向きに回転することで、少量の室内排気を可能とする。
また、吸い込み風路切替ダンパ１１は、第１のダンパモータ１３を軸に、室内吸気口１５からの室内空気を凝縮側熱交換器２へも少し吸気する向きに回転することで、少量の室内吸気口１５から凝縮側熱交換器２への空気の流れを作ることができる。
つまり、吸い込み風路切替ダンパ１１、および吹き出し風路切替ダンパ１２を段階的に切り替えることにより、室内への高温排気量を段階的に制御可能とし、結果的に単なるダンパの全開・全閉時に比べて、室温の温度変化を抑制することも可能となる。
【００２１】
ダンパを全開・全閉に切り替えた時の吸い込み風路切替ダンパ１１、および吹き出し風路切替ダンパ１２の動作、およびその時の空気の流れは、前記実施の形態１と同様であるため、説明は省略する。
【００２２】
実施の形態３．
図５は、この発明の実施の形態３における冷却装置の制御フローチャート図である。
風路構成、冷媒回路構成、およびダンパ切替時の空気の流れ、冷媒の流れは、前記実施の形態１、２と同様であるため、その説明を省略する。
【００２３】
次に、ダンパを段階的に切り替える制御方法について図５を用いて説明する。
まず、ステップＳ１で実際の室内の相対湿度ＲＨに対して、あらかじめ設定された室内の相対湿度ＲＨ０、あらかじめ設定された閾値Ａにおいて、ＲＨ≦ＲＨ０＋Ａの場合には、何もしない。ＲＨ＞ＲＨ０＋Ａとなった場合、ステップＳ２に進み、除湿モード開始となる。
【００２４】
また、ステップＳ３において、あらかじめ設定された閾値Ｂにおいて、ＲＨ＞ＲＨ０＋Ｂの場合には、圧縮機容量をアップ、絞り装置の冷媒流量調整などにより、蒸発側熱交換器４の蒸発温度を低下させ、ＲＨ≦ＲＨ０＋Ｂとなった場合には、蒸発側熱交換器４の蒸発温度を上昇させる動作を除湿モード中は繰り返す。
【００２５】
一方で、ステップＳ４により、実際の室内の乾球温度（室温）Ｔに対して、あらかじめ設定された室内の乾球温度Ｔ０、あらかじめ設定された閾値Ｃにおいて、Ｔ≦Ｔ０−Ｃの場合には、吹き出し風路切替ダンパ１２は、第２のダンパモータ１４を軸に、室内高温排気口１９を少し開口する向きに回転させ、少量の室内排気を可能とし、吸い込み風路切替ダンパ１１は、第１のダンパモータ１３を軸に、室内吸気口１５からの室内空気を凝縮側熱交換器２へも少し吸気する向きに回転することで、少量の室内吸気口１５から凝縮側熱交換器２への空気の流れを作る。Ｔ＞Ｔ０−Ｃの場合には、吹き出し風路切替ダンパ１２は、室内高温排気口１９を少し閉口する向きに回転させ、吸い込み風路切替ダンパ１１は、室内吸気口１５からの室内空気を凝縮側熱交換器２への吸気を少し閉口する向きに回転の動作を行い、除湿モード中はこれを繰り返す。
【００２６】
ステップＳ５において、ＲＨ＜ＲＨ０となった場合には、除湿モード終了として、蒸発側熱交換器４の蒸発温度を上昇させ、吸い込み風路切替ダンパ１１、および吹き出し風路切替ダンパ１２は、それぞれ元の全閉状態となる向きに回転動作を行う。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の実施の形態１における冷却装置のダンパ非切替時の状態を示す風路構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１における冷却装置のダンパ切替時の状態を示す風路構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１における冷却装置の冷媒回路図である。
【図４】この発明の実施の形態２における冷却装置のダンパ段階的切替時の風路構成図である。
【図５】この発明の実施の形態３における冷却装置の制御フローチャート図である。
【図６】従来の冷却装置における冷媒レヒート式冷媒回路図である。
【図７】従来の冷却装置における室内の空気状態イメージ図である。
【図８】従来の冷却装置における室内の空気状態イメージ図である。
【図９】従来の冷却装置における室内の空気状態イメージ図である。
【図１０】従来の冷却装置における室内の空気状態イメージ図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  圧縮機
２  凝縮側熱交換器
３  絞り装置
４  蒸発側熱交換器
５  凝縮側ファン
６  蒸発側ファン
１１  第１のダンパである吸い込み風路切替ダンパ
１２  第２のダンパである吹き出し風路切替ダンパ
１３  第１のダンパモータ
１４  第２のダンパモータ
１５  室内吸気口
１６  室内低温排気口
１７  室外吸気口
１８  室外高温排気口    
１９  室内高温排気口
Ａ  一体型冷却装置
Ｂ  収納箱筺体壁面
【図１】
2005147491.tif 000003
【図２】
2005147491.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005147491.tif 000009
【図８】
2005147491.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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